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小面积太阳光模拟器测试箱:300mm 上打光的光干涉测试案例

发布时间:2026-10-19 来源:科迎法

项目背景:小面积与准直出光,为什么这两件事必须一起解决

某显示模组厂商要评的不是器件效率,而是显示屏与光学模组在强光下的表现:阳光斜射进座舱时干涉条纹会不会抖,屏幕会不会发白。前提只有一个——一段可控、接近自然光的光照;外场曝晒给不了可重复性。

面积与准直程度则互相拉扯:大面积设备覆盖整车,边缘发散随之放大;小面积设备若只做小,又常牺牲方向性。300mm 箱体的难点,是三件事同时成立:罩得住样件、塞得进工位、发散半角的设计值控制在 ≤0.5°。

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需求拆解:三个必须同时满足的约束

三个参数互相挤压,是真正的难点。有效辐照面由样件尺寸决定:300mm×300mm,方形口径,中心与边角都要落在标定范围内。

发散半角由测试原理决定:干涉与成像测量对入射方向敏感,光线斜着进来,等效光程就变,条纹随之偏移,设计值定在 ≤0.5°;测量方式按技术协议约定。

工作距离由前两项反推:光源至被测物约 1.2m,再近则边缘照度掉得快,再远则机台占地。

时间不稳性校准.png

光从哪来:氙灯 + EPS 恒功率反馈

光源是短弧高压氙气灯,按 AM1.5G 标准光谱条件配置,评定波段 400–1100nm,光谱匹配度为 A级。

氙灯的麻烦在电源。弧光对电流波动极敏感,电流一抖,光通量跟着抖。这台设备用独立 EPS 做实时反馈控制,逐灯保持恒功率输出,灯管输入功率被钉在工作点上,时间不稳定性 LTI ≤±2%,该项指标同为 A级。

EPS 为电子式方波电流电源,输出无频闪,不会在采集帧上留下工频纹波。

辐照度标称 1000 W/m²,出厂标定偏差 ±100 W/m²;调节在 60%–100% 功率区间电控完成,初始工作点约 70%,余量用于光衰后补足。

辐照不均匀性校准.png

光怎么走:上打光光路与箱体反射控制

出光是上打光,光源在上、样件在下,样件放置不受限:平板、带支架的模组都能平放在铝型材工作台上。

箱体为拼装结构,用能遮蔽外部日光的保温板材围合,内壁 SUS304 不锈钢。侧壁贴装稳态阳光模拟全反射反光板:把打到侧壁的光反射回测试区,减少边缘照度跌落,同时构成二次密封,拼装缝被压在里面,外部漏光进不来。

模拟器系统组成.png

热怎么排:风路循环与分区控温

氙灯电光转换效率不高,大部分输入功率变成热;热排不掉,灯管寿命掉得快。

风路分两段:箱体下侧设进风口、调节风门与进风风机,内部顶部设回风口,形成自下而上的循环;光源阵列另带风冷装置与排风管道,热风直接排至户外。

控温采用 PID 自动温度补偿,测温传感器量程 -50–350℃,测量精度 ±0.1℃(器件指标)。电源箱与控温为分体式,控制面板位于箱体一侧靠前。

怎么知道光是对的:辐照度传感器与闭环

辐照度传感器布置在测试样件附近,测的是样件位置实际接收到的光——灯口读数再准,也代表不了 1.2m 外测试面上的辐照度。输出 0–20mA 或 0–5V 模拟量,直接接入采集器。

链路是闭合的:传感器把辐照度转成电信号,与设定值比较,偏差回给 EPS 调灯功率。灯管老化、光输出下降时读数先掉,控制侧把功率往上补,测试面回到设定点。传感器稳定性与非线性各为 ±3%,属器件指标,不等于整机准确度。

光照匹配度.png

关键参数一览

主要参数见下表,与其他机型对比可查阅太阳光模拟器产品中心。

项目

参数

有效辐照面

300mm×300mm(方形)

辐照度

标称 1000 W/m²,出厂标定偏差 ±100 W/m²

评定波段

400–1100nm

光谱匹配度

A级(AM1.5G 标准光谱条件)

时间不稳定性

LTI ≤±2%(A级)

发散半角

设计值 ≤0.5°

工作距离

光源至被测物约 1.2m

光源类型

短弧高压氙气灯

出光方向

上打光

光源寿命

标称 1000h

供电与功率

380V / 50Hz;单组灯功率 5–7kW

注:表中设计值、标称值与工作距离以最终技术协议确认为准。

一台设备两种工况:上打光与反射镜扩展

上打光覆盖小样件的垂直入射测试,需求不会停在一种工况。设备支持选配反射镜:加装后光路可在箱内折转,实现多角度照射,可扩展到整车阳光倒灌。

主次要分清:整车测试是选配后的扩展能力,不是基本工况。基本工况仍是 300mm 面内的上打光测试,是否加镜取决于工位空间;整车测试配置可参考车载太阳光模拟器。

设备样式示意(反射镜为选配)

交付与验证

辐照度在标定点校准至标称值,出厂标定偏差 ±100 W/m²(1000 W/m² 条件下)。光谱匹配度按 IEC 60904-9 的分级方法评定(400–1100nm);时间不稳定性按 JJF1615-2017 的方法标定。

辐照不均匀性按出厂标定与技术协议约定的测试条件评定。它与评价面选取、测点数量、环境温度相关,不可直接比较,因此不给数值。发散半角的测量方式同样按技术协议约定。

设备参照 IEC 60904-9 与 JJF1615-2017 的测试与校准方法设计。交付前逐项验证过载保护、漏电保护、断电恢复与 U 盘导出功能。

太阳光模拟器类型

小结

回到最初的问题:300mm 的箱体凭什么把发散半角的设计值控制在 ≤0.5°?答案不在单项技术,而在三个约束被同时按住后的取舍——氙灯给光谱,EPS 收住波动,上打光加反光板把光路约束在 300mm 面内,风路把热带走,传感器把辐照度送回。

小面积太阳光模拟器测试箱-上打光光干涉测试案例

这台设备的价值在于可重复:同一块样件今天测与下周测,落在同一光照条件下。

这篇案例归入太阳光模拟器行业应用案例栏目。上海科迎法把光、电、热、测四段分开设计,再拼成箱体;工位尺寸与配置是否匹配,可对照站内产品页的选型说明,需要核对具体口径时,联系科迎法页面列出了沟通方式。


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